(57)【要約】【課題】  吸気制御弁を適切なタイミングで開閉させることができるエンジンの制御装置を提供する。【解決手段】  吸気弁１６の上流側の吸気通路１１に設けられ、吸気通路内を閉止可能で且つ吸気弁の開閉と同期して開閉可能な吸気制御弁２３と、吸気制御弁を吸気行程の途中で開弁し、その後閉弁する手段１００と、エンジン運転状態に基づいて、吸気制御弁の開弁後に気筒１２内に流入する空気量の目標値を決定する手段１００と、吸気制御弁の下流側の圧力を検出する圧力検出手段５５と、吸気制御弁の開弁前に検出された下流側圧力に基づいて、その検出時以降の下流側圧力を推定する手段１００と、推定された下流側圧力と、空気量の目標値とに基づき、吸気制御弁の開弁時期の目標値を決定する手段１００とを備える。【選択図】  図１
2006283634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁の上流側の吸気通路に設けられ、該吸気通路内を閉止可能で且つ前記吸気弁の開閉と同期して開閉可能な吸気制御弁と、
該吸気制御弁を吸気行程の途中で開弁し、その後閉弁する吸気制御弁制御手段と、
エンジン運転状態に基づいて、前記吸気制御弁の開弁後に気筒内に流入する開弁後空気量の目標値を決定する目標空気量決定手段と、
前記吸気制御弁の下流側の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記吸気制御弁の開弁前に前記圧力検出手段により検出された前記下流側圧力に基づいて、その検出時以降の下流側圧力を推定する圧力推定手段と、
該圧力推定手段により推定された前記下流側圧力と、前記開弁後空気量の目標値とに基づき、前記吸気制御弁の開弁時期の目標値を決定する目標開弁時期決定手段と
を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２】
前記圧力推定手段が、前記吸気制御弁の開弁前に前記圧力検出手段により検出された少なくとも１点の下流側圧力に基づいて、その最終検出時以降の前記吸気制御弁の下流側圧力を推定することを特徴とする請求項１記載のエンジンの制御装置。
【請求項３】
前記開弁後空気量の目標値と、前記開弁時期の目標値とに基づき、その開弁時期の目標値における前記下流側圧力を決定する下流側圧力決定手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のエンジンの制御装置。
【請求項４】
前記開弁時期の目標値と、該開弁時期の目標値における前記下流側圧力と、前記開弁後空気量の目標値とに基づき、前記吸気制御弁の開弁期間の目標値を決定する目標開弁期間決定手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載のエンジンの制御装置。
【請求項５】
前記目標開弁時期決定手段及び前記目標開弁期間決定手段が、前記開弁後空気量、前記下流側圧力、前記開弁時期及び前記開弁期間の関係を予め定めたマップに基づいてそれぞれ前記開弁時期及び前記開弁期間の目標値を決定することを特徴とする請求項４記載のエンジンの制御装置。
【請求項６】
前記吸気制御弁の実際の開弁を検出する開弁検出手段と、
該開弁検出手段によって実際の開弁が検出された時期と、前記開弁期間の目標値とに基づき、前記吸気制御弁の閉弁時期の目標値を決定する目標閉弁時期決定手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項４又は５記載のエンジンの制御装置。
【請求項７】
前記吸気制御弁制御手段が、前記目標閉弁時期決定手段により決定された前記閉弁時期の目標値において前記吸気制御弁を閉弁したときの、実際の閉弁を検出する閉弁検出手段と、
該閉弁検出手段によって実際の閉弁が検出された時期と、前記実際の開弁が検出された時期とに基づき、前記吸気制御弁の実際の開弁期間を決定する実開弁期間決定手段と、
前記実開弁期間決定手段によって決定された前記実際の開弁期間、前記実際の開弁が検出された時期、及び該実際の開弁が検出された時期に前記圧力検出手段によって検出される前記下流側圧力に基づき、実際の空気量を推定する実空気量推定手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項６記載のエンジンの制御装置。
【請求項８】
前記実空気量推定手段によって推定された実空気量に基づいて制御量を決定する制御量決定手段をさらに備えたことを特徴とする請求項７記載のエンジンの制御装置。
【請求項９】
吸気弁の上流側の吸気通路に設けられ、該吸気通路内を閉止可能で且つ前記吸気弁の開閉と同期して開閉可能な吸気制御弁と、
該吸気制御弁を吸気行程の途中で開弁し、その後閉弁する吸気制御弁制御手段と、
エンジン運転状態に基づいて、前記吸気制御弁の開弁後に気筒内に流入する開弁後空気量の目標値を決定する目標空気量決定手段と、
前記吸気制御弁の下流側の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記吸気制御弁の開弁前に前記圧力検出手段により検出された前記下流側圧力に基づいて、その検出時以降の前記下流側圧力を推定する圧力推定手段と、
該圧力推定手段により推定された前記下流側圧力と、前記開弁後空気量の目標値とに基づき、前記吸気制御弁の開弁時期の目標値を決定する目標開弁時期決定手段と、
前記目標開弁時期決定手段により決定された前記開弁時期の目標値と、該開弁時期の目標値における前記下流側圧力と、前記開弁後空気量の目標値とに基づき、前記吸気制御弁の開弁期間の目標値を決定する目標開弁期間決定手段と、
前記開弁時期の目標値において前記吸気制御弁制御手段によって前記吸気制御弁が開弁されたときの前記吸気制御弁の実際の開弁を検出する開弁検出手段と、
該開弁検出手段によって実際の開弁が検出された時期と、前記開弁期間の目標値とに基づき、前記吸気制御弁の閉弁時期の目標値を決定する目標閉弁時期決定手段と
を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項１０】
前記目標空気量決定手段が、エンジン運転状態に基づいて空気量の目標値を決定すると共に、該空気量の目標値から、前記吸気制御弁の開弁前に気筒内に流入する開弁前空気量の推定値を差し引いて、前記開弁後空気量の目標値を決定することを特徴とする請求項１乃至９いずれかに記載のエンジンの制御装置。
【請求項１１】
前記目標空気量決定手段が、前記吸気制御弁の開弁前に前記圧力検出手段により検出された少なくとも２点の下流側圧力に基づいて、前記開弁前空気量を推定することを特徴とする請求項１０記載のエンジンの制御装置。
【請求項１２】
前記少なくとも２点の下流側圧力のうちの少なくとも１点の下流側圧力が、前記吸気弁の開弁前に前記圧力検出手段により検出された下流側圧力であることを特徴とする請求項１１記載のエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンの制御装置に係り、特に、吸気通路に設けられた吸気制御弁により気筒内に流入する空気量を増加可能なエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸気弁の上流側の吸気通路に、この吸気通路内を閉止可能で且つ吸気弁の開閉と同期して開閉可能な吸気制御弁を設け、この吸気制御弁を吸気行程の途中で瞬時に開弁させ、慣性過給効果ないし吸気の圧力脈動を利用してより多量の吸気を気筒（シリンダ）内に充填することが知られている（例えば特許文献１参照）。吸気制御弁が１吸気行程内で開閉可能なので、かかる過給は、アクセルペダルを踏み込んだのと同時に開始することができ、タービンの立ち上りを待つターボ過給よりも応答性に優れ、例えば車両の加速遅れを解消するのに好適である。また、自然吸気の場合よりも吸入空気量を増加できるので、エンジンの発生トルクを高めることができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２４８９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、エンジン制御において、エンジン回転速度やアクセル開度等のエンジン運転状態を表すパラメータに基づいて、気筒内に流入する空気量の目標値である目標空気量を決定し、この決定された目標空気量に実際の空気量が一致するように空気量を制御し、且つその目標空気量に基づいて燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期等を設定する場合がある。一般的には、吸気絞り弁の開度を制御することにより、実際の空気量を目標空気量に一致させるようにしている。
【０００５】
一方、上述のような吸気制御弁を採用した場合、吸気制御弁の開閉タイミングを制御することによって空気量の制御がなされることとなる。従って、所望の空気量を得ようとした場合、吸気制御弁を適切なタイミングで開閉させる必要がある。
【０００６】
そこで、本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、吸気制御弁を適切なタイミングで開閉させることができるエンジンの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るエンジンの制御装置は、吸気弁の上流側の吸気通路に設けられ、該吸気通路内を閉止可能で且つ前記吸気弁の開閉と同期して開閉可能な吸気制御弁と、該吸気制御弁を吸気行程の途中で開弁し、その後閉弁する吸気制御弁制御手段と、エンジン運転状態に基づいて、前記吸気制御弁の開弁後に気筒内に流入する開弁後空気量の目標値を決定する目標空気量決定手段と、前記吸気制御弁の下流側の圧力を検出する圧力検出手段と、前記吸気制御弁の開弁前に前記圧力検出手段により検出された前記下流側圧力に基づいて、その検出時以降の下流側圧力を推定する圧力推定手段と、該圧力推定手段により推定された前記下流側圧力と、前記開弁後空気量の目標値とに基づき、前記吸気制御弁の開弁時期の目標値を決定する目標開弁時期決定手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明者らは、鋭意研究の結果、吸気制御弁の開弁時期と、吸気制御弁の開弁期間と、吸気制御弁の開弁時期における吸気制御弁の下流側の圧力と、吸気制御弁が開いたときに気筒内に流入する空気量（即ち、開弁後空気量）との間に密接な関係があることを見いだした。概して、流入空気量を多くしようとした場合、吸気制御弁の下流側の圧力を低くしたり（吸気制御弁上下流側の差圧が大きくなり開弁時の流速が上がる）、従って開弁時期を遅らせたり（同様の理由）、開弁期間を適切にとったりする（空気が逆流する直前で閉弁する）ことが有効である。この本発明の一形態は、かかる本発明者らの知見に基づきなされたものである。かかる四者の関係は、例えば各開弁期間での空気量の最大値を採ることにより、開弁期間を除いた三者の関係に置き換えることが出来る。こうして、吸気制御弁の下流側圧力と開弁後空気量の目標値とに基づき、開弁時期の目標値を決定することが可能になる。
【０００９】
好ましくは、前記圧力推定手段が、前記吸気制御弁の開弁前に前記圧力検出手段により検出された少なくとも１点の下流側圧力に基づいて、その最終検出時以降の前記吸気制御弁の下流側圧力を推定することを特徴とする。
【００１０】
好ましくは、前記空気量の目標値と、前記開弁時期の目標値とに基づき、その開弁時期の目標値における前記下流側圧力を決定する下流側圧力決定手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１１】
好ましくは、前記開弁時期の目標値と、該開弁時期の目標値における前記下流側圧力と、前記空気量の目標値とに基づき、前記吸気制御弁の開弁期間の目標値を決定する目標開弁期間決定手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１２】
好ましくは、前記目標開弁時期決定手段及び前記目標開弁期間決定手段が、前記開弁後空気量、前記下流側圧力、前記開弁時期及び前記開弁期間の関係を予め定めたマップに基づいてそれぞれ前記開弁時期及び前記開弁期間の目標値を決定することを特徴とする。
【００１３】
好ましくは、前記吸気制御弁の実際の開弁を検出する開弁検出手段と、該開弁検出手段によって実際の開弁が検出された時期と、前記開弁期間の目標値とに基づき、前記吸気制御弁の閉弁時期の目標値を決定する目標閉弁時期決定手段とをさらに備えたことを特徴とする。
【００１４】
目標開弁時期及び目標閉弁時期と実際の開弁時期及び閉弁時期との間にはタイムラグがあり、このタイムラグは様々な要因でばらつく。このばらつきは吸入空気量のばらつきの原因となる。かかる構成によれば、目標閉弁時期を実際の開弁時期から算出するので、目標開弁時期から実際の開弁時期までのタイムラグのばらつきを無視することができ、ばらつきの要因を減らして空気量ばらつきを抑制できる。
【００１５】
好ましくは、前記吸気制御弁制御手段が、前記目標閉弁時期決定手段により決定された前記閉弁時期の目標値において前記吸気制御弁を閉弁したときの、実際の閉弁を検出する閉弁検出手段と、該閉弁検出手段によって実際の閉弁が検出された時期と、前記実際の開弁が検出された時期とに基づき、前記吸気制御弁の実際の開弁期間を決定する実開弁期間決定手段と、前記実開弁期間決定手段によって決定された前記実際の開弁期間、前記実際の開弁が検出された時期、及び該実際の開弁が検出された時期に前記圧力検出手段によって検出される前記下流側圧力に基づき、実際の空気量を推定する実空気量推定手段とをさらに備えたことを特徴とする。
【００１６】
好ましくは、前記実空気量推定手段によって推定された実空気量に基づいて制御量を決定する制御量決定手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１７】
この制御量は、例えば燃料噴射量、燃料噴射時期及び点火時期の少なくとも一つである。
【００１８】
また、本発明の他の形態に係るエンジンの制御装置は、吸気弁の上流側の吸気通路に設けられ、該吸気通路内を閉止可能で且つ前記吸気弁の開閉と同期して開閉可能な吸気制御弁と、該吸気制御弁を吸気行程の途中で開弁し、その後閉弁する吸気制御弁制御手段と、エンジン運転状態に基づいて、前記吸気制御弁の開弁後に気筒内に流入する開弁後空気量の目標値を決定する目標空気量決定手段と、前記吸気制御弁の下流側の圧力を検出する圧力検出手段と、前記吸気制御弁の開弁前に前記圧力検出手段により検出された前記下流側圧力に基づいて、その検出時以降の前記下流側圧力を推定する圧力推定手段と、該圧力推定手段により推定された前記下流側圧力と、前記開弁後空気量の目標値とに基づき、前記吸気制御弁の開弁時期の目標値を決定する目標開弁時期決定手段と、前記目標開弁時期決定手段により決定された前記開弁時期の目標値と、該開弁時期の目標値における前記下流側圧力と、前記開弁後空気量の目標値とに基づき、前記吸気制御弁の開弁期間の目標値を決定する目標開弁期間決定手段と、前記開弁時期の目標値において前記吸気制御弁制御手段によって前記吸気制御弁が開弁されたときの前記吸気制御弁の実際の開弁を検出する開弁検出手段と、該開弁検出手段によって実際の開弁が検出された時期と、前記開弁期間の目標値とに基づき、前記吸気制御弁の閉弁時期の目標値を決定する目標閉弁時期決定手段とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
好ましくは、前記目標空気量決定手段が、エンジン運転状態に基づいて空気量の目標値を決定すると共に、該空気量の目標値から、前記吸気制御弁の開弁前に気筒内に流入する開弁前空気量の推定値を差し引いて、前記開弁後空気量の目標値を決定することを特徴とする。
【００２０】
好ましくは、前記目標空気量決定手段が、前記吸気制御弁の開弁前に前記圧力検出手段により検出された少なくとも２点の下流側圧力に基づいて、前記開弁前空気量を推定することを特徴とする。
【００２１】
好ましくは、前記少なくとも２点の下流側圧力のうちの少なくとも１点の下流側圧力が、前記吸気弁の開弁前に前記圧力検出手段により検出された下流側圧力であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、吸気制御弁を適切なタイミングで開閉させることができるという、優れた効果が発揮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照しつつ本発明を実施するための最良の形態を説明する。
図１に、本実施形態に係るエンジンの制御装置の構成を概略的に示す。本実施形態において、エンジン１は車両用多気筒ガソリンエンジンであり（図では１気筒のみ示す）、ガソリンからなる燃料をインジェクタ１０からシリンダ１２内の燃焼室１３に直接的に噴射し、これによって形成された混合気を点火プラグ１４によって着火させ、排気ガスを排気通路１７を通じて排出する構造となっている。
【００２４】
このようにエンジンはいわゆる直噴式であり、次のような成層燃焼を実施し得るようになっている。即ち、燃料が、ピストン２４の頂面部に設けられた凹部４０内に向けて、ピストン２４の上昇中にインジェクタ１０から噴射され、その凹部４０の内面に沿って巻き上がるタンブル状の燃料噴霧の流れを生成する過程で、燃料と空気とが混合され、点火プラグ１４付近には比較的リッチな混合気層が形成され、このリッチな混合気層の周りには比較的リーンな混合気層が形成される。こうして混合気は成層化され、成層燃焼が実現される。成層燃焼によれば、燃焼室全体の空燃比を理論空燃比より大幅にリーンとしつつも、確実な着火燃焼を確保して燃費の大幅な改善を図れる。なお、エンジンは、例えば燃焼室全体の空燃比をほぼ理論空燃比とするストイキ燃焼などのリーン燃焼以外の燃焼も実施可能である。
【００２５】
吸気通路１１は、知られているように、上流側から順に接続された吸気管４７、吸気マニホールド４３及び吸気ポート１５によって区画形成される。吸気マニホールド４３は、各気筒に共通の合流部としてのサージタンク４８と、各気筒毎の枝管４９とを有する。吸気ポート１５の出口が吸気弁１６によって開閉される。排気通路１７は、知られているように、上流側から順に接続された排気ポート１９、排気マニホールド５０、触媒１８及び排気管５１によって区画形成される。排気ポート１９の入口が排気弁２０によって開閉される。本実施形態において、吸気弁１６及び排気弁２０は、クランク軸２６によりその（１／２）倍の周期で回転駆動されるカムシャフト（図示せず）によって、機械的に一定周期で開閉されるが、可変バルブタイミング機構やアクチュエータ等によりエンジン運転状態に応じて開弁時期及び開弁期間が制御されてもよい。本実施形態では吸気弁１６及び排気弁２０の開弁期間の間にオーバーラップが設定されているが、これはなくてもよい。触媒１８は排気管の途中に設けられて排気ガス中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等の有害物質を除去する。
【００２６】
吸気通路１１には、上流側から順にエアフローメータ２１、吸気絞り弁２２及び吸気制御弁２３が設けられている。エアフローメータ２１は、これを通過する空気流量に応じた信号を制御手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵという）１００に出力する。ＥＣＵ１００はこのエアフローメータ２１の検出値に基づき実際に気筒内に流入する推定値としての空気量を算出する。なお、吸気圧センサ４１によって検出された吸気圧に基づいて流入空気量を算出するようにしてもよい。吸気絞り弁２２は制御可能であり、本実施形態では電気作動式とされてその開度がＥＣＵ１００によって制御される。吸気制御弁２３については後に詳述する。このように、吸気弁１６の上流側に吸気制御弁２３が設けられ、吸気制御弁２３の上流側に吸気絞り弁２２が設けられる。また吸気制御弁２３の下流側にインジェクタ１０が設けられる。
【００２７】
シリンダ１２内にはピストン２４が往復動可能に収容されている。ピストン２４はコンロッド２５を介してクランク軸２６に連結される。
【００２８】
かかるエンジンの制御装置の電気的構成について述べる。ＥＣＵ１００には、前述のインジェクタ１０、点火プラグ１４、エアフローメータ２１、吸気絞り弁２２、吸気制御弁２３のほか、クランク角センサ２８、酸素濃度センサ２９、アクセル開度センサ３０、ブレーキスイッチ３１、吸気圧センサ４１、吸気温センサ４２、圧力センサ５５が接続されている。
【００２９】
インジェクタ１０は、ＥＣＵ１００から出力されるオンオフ信号に基づいて開閉され、これによって燃料噴射を実行・停止する。点火プラグ１４は、ＥＣＵ１００から出力される点火信号に基づいて火花を放出する。吸気絞り弁２２はバタフライ弁の形式であり、吸気通路１１内に配設された弁体３７と、弁体３７を駆動するロータリソレノイド等の電動アクチュエータ３８と、弁体３７の開度を検出するセンサ３９とを備える。アクセル開度センサ３０は、ドライバによるアクセルペダルの操作量（踏み込み量）に応じた信号をＥＣＵ１００に出力する。
【００３０】
クランク角センサ２８は、クランク軸２６の所定の角度間隔でパルス信号をＥＣＵ１００に出力する。ＥＣＵ１００はこのパルス信号に基づいて、クランク角度を検出すると共にエンジン回転速度を演算する。酸素濃度センサ２９は、排気ガス中の酸素濃度に応じた信号をＥＣＵ１００に出力する。ブレーキスイッチ３１は、ドライバによるブレーキペダル４４の操作に応じたオンオフ信号をＥＣＵ１００に出力する。ブレーキ作動時にはオンである。
【００３１】
吸気圧センサ４１は、吸気絞り弁２２の下流側且つ吸気制御弁２３の上流側の位置における吸気通路１１（以下これを「インマニ通路１１ａ」と称す）に設けられ、当該位置の圧力（以下これを「インマニ圧」と称す）に応じた信号をＥＣＵ１００に出力する。吸気温センサ４２は、吸入空気の温度に応じた信号をＥＣＵ１００に出力する。圧力センサ５５は、吸気制御弁２３の下流側且つ吸気弁１６の上流側の位置における吸気通路１１（以下これを「ポート通路１１ｂ」と称す）に設けられ、当該位置の圧力（以下これを「ポート圧」と称す）に応じた信号をＥＣＵ１００に出力する。圧力センサ５５には高応答のものが使用される。本実施形態において、吸気圧センサ４１及び吸気温センサ４２はサージタンク４８に各一つ設けられ、圧力センサ５５は各気筒毎に、より詳細には各気筒の枝管４９毎に設けられる。
【００３２】
吸気制御弁２３は、圧力センサ５５の上流側の位置における各気筒の枝管４９毎に設けられる。吸気制御弁２３は、吸気通路１１（より詳細には枝管４９）内に配設された弁体３３と、弁体３３を駆動するロータリソレノイド等の電動アクチュエータ３４とを備える。さらに吸気制御弁２３は、弁体３３の開度を検出する開度センサ５４を備える。開度センサ５４は非接触式であるのが好ましい。吸気制御弁２３は吸気通路１１内を閉止可能であり、特に吸気絞り弁２２と異なり、その全閉時に吸気通路１１内を気密に閉止し、吸気の通過を遮断する構造となっている。これに対し吸気絞り弁２２は、その全閉時に吸気通路１１を最大に絞るだけで、吸気の通過を許容する。また吸気制御弁２３の電動アクチュエータ３４は、吸気絞り弁２２の電動アクチュエータ３８よりも遥かに高速で作動可能であり、応答性が高く、弁体３３を例えば２〜３msec以内に、クランク角の単位ではエンジン回転２０００ｒｐｍにおいて１０°ＣＡ程度のオーダーで、開閉可能である。これにより、吸気制御弁２３は吸気弁１６の開閉と同期して開閉可能である。本実施形態では吸気制御弁２３がバタフライ弁形式となっているが、例えばシャッター弁等の他の形式であってもよい。
【００３３】
この吸気制御弁２３は、ＥＣＵ１００から電動アクチュエータ３４に出力される開度信号に応じて、全開から全閉まで、その開度が制御される。またこの吸気制御弁２３は各気筒毎に設けられ、各気筒が複数の吸気通路１１（枝管４９）を有する場合、これら吸気通路１１毎に吸気制御弁２３が設けられる。このように複数設けられた吸気制御弁２３は、各気筒毎、各吸気通路１１毎に個別に制御可能である。
【００３４】
本実施形態では個々の気筒を単位として吸気制御弁２３が制御され、また、全開又は全閉にのみ、その開度が制御される。本実施形態で吸気制御弁２３の「開弁」、「閉弁」といった場合、それは吸気制御弁２３の「全開」、「全閉」を意味する。また「全開」、「全閉」とは、必ずしも機械的な全開、全閉をいうものではなく、通過する空気への絞りの程度を意味し、例えば「全開」といった場合、機械的な全開でなくても、通過空気流量の減少が無ければ全開の状態である。また、本実施形態で吸気制御弁２３の「作動」といった場合、それは吸気制御弁２３が１気筒サイクル中に開閉されることを意味し、吸気制御弁２３の「非作動」といった場合、それは吸気制御弁２３が全開に保持されることを意味する。
【００３５】
次に、本実施形態において特徴的な吸気制御弁２３の開弁時期及び開弁期間の設定について説明する。なお以下に説明する各マップは、実験・解析等を経て予め作成され、ＥＣＵ１００に記憶されたものである。
【００３６】
まず、前述の慣性過給を行うように吸気制御弁２３を作動させた場合の吸気行程における圧力及び空気流量の変化の概要を図２を参照しつつ説明する。図には、クランク角度が進行したときの吸気制御弁２３の開度、吸気制御弁下流側のポート圧、吸気制御弁上流側のインマニ圧の平均値（平均インマニ圧）、ある特定気筒内に流入する空気の流量（ｇ／ｓ）の推移が示されている。CA_Po、CA_Pc、CA_P_wはそれぞれ吸気制御弁２３の開弁時期、閉弁時期及び開弁期間を表し、それら開弁時期及び閉弁時期はそれぞれＥＣＵ１００が吸気制御弁２３に開弁信号及び閉弁信号を出力するタイミング（目標値）として表される。これらにはCA_Pc＝CA_Po＋CA_Pwの関係がある。
【００３７】
図示されるように、吸気制御弁２３の開弁前では、ピストン２４の下降に従ってポート圧が徐々に低下していく。そして開弁時期CA_Poに至って吸気制御弁２３が瞬時的に開弁されると、その直前に形成されていた吸気制御弁上流側と下流側との差圧により空気が一気に気筒内に流れ込み、慣性過給が実行される（（Ｇａ２）の部分参照）。このときポート圧は平均インマニ圧より高圧であり、この状態で吸気制御弁２３及び吸気弁１６が閉弁されると、ポート通路１１ｂにその高圧が保持される。次回の吸気行程で吸気弁１６が開弁されると、その高圧と、ピストン２４の下降による負圧化とにより、ポート通路１１ｂ内の空気が気筒内に流入する（（Ｇａ１）の部分参照）。本実施形態のようにオーバーラップがある場合、この流入空気は、筒内に残留した排気ガス（残留ガス）を排気通路１７に掃気すると共に、一部排気通路１７に吹き抜けるものもある。オーバーラップがない場合はこのような作用は生じない。
【００３８】
この中で、吸気行程後期の吸気制御弁開弁後に行われるメインの空気流入に基づく吸入空気量がＧａ２、吸気行程初期の吸気制御弁開弁前に行われる空気流入に基づく吸入空気量がＧａ１である。以下、これらＧａ２、Ｇａ１をそれぞれ「開弁後空気量」、「開弁前空気量」と称す。後期の空気流入は、本来の目的である空気量増加のための慣性過給によるものである。また前期の空気流入は、前回の吸気行程から保持されていたポート圧を利用して筒内残留ガスを排気系に掃気し、併せて筒内への空気量を増加することを意図している。この初期の流入分は全体の２割程度にも及ぶため、これを精度良く推定することも重要である。
【００３９】
次に、図３を参照しつつ、本実施形態におけるエンジン制御のメインルーチンについて説明する。このメインルーチンはＥＣＵ１００によって各気筒毎に、且つ所定のクランク角度毎に実行される。
【００４０】
まず最初のステップＳ１０１では、ある一気筒に供給すべき空気量の目標値である目標空気量Ga_trgが算出される。ここではまず、クランク角センサ２８及びアクセル開度センサ３０の出力信号に基づいてそれぞれ演算及び検出されたエンジン回転速度Ｎｅ及びアクセル開度Ａｃが取得される。そしてそのアクセル開度Ａｃに基づき、エンジンに要求されるトルク即ち目標トルクＴｔが決定される。当然、アクセル開度Ａｃが大きくなるほど目標トルクＴｔは大きくなる。次に、エンジン回転速度Ｎｅと目標トルクＴｔとに基づき、図４に示す目標空気量マップを使用して、目標空気量Ga_trgが算出される。なお、目標空気量Ga_trg、開弁前空気量Ｇａ１及び開弁後空気量Ｇａ２等は、エンジン１気筒に１回の吸気行程で吸気する空気量（ｇ／気筒）とする。
【００４１】
次にステップＳ１０２において、エンジン運転状態を表すパラメータである目標空気量Ga_trg及びエンジン回転速度Ｎｅに基づき、吸気制御弁２３の作動域にあるか否かが判断される。この判断は、図５に示すような作動域マップを使用して行われる。このマップでは、全領域が作動域Ａと非作動域Ｂとに区分されている。作動域Ａは、エンジンの低回転側且つ中高負荷側に存在する。エンジン運転状態が作動域Ａにあるときは、前記吸気制御弁２３を作動させて空気量を増加するようにする。エンジン運転状態が非作動域Ｂにあるときは吸気制御弁２３を非作動とする。作動域Ａと非作動域Ｂとの境界線上は吸気制御弁非作動状態で最大空気量が得られる領域となる。
【００４２】
目標空気量Ga_trg及びエンジン回転速度Ｎｅの値が作動域Ａにある場合は、ステップＳ１０３に進んで作動フラグがオンされる。他方、作動域Ａにない場合（即ち非作動域Ｂにある場合）は、ステップＳ１０４に進んで作動フラグがオフされる。このように、エンジン運転状態に基づいて吸気制御弁作動要求の有無が判定される。
【００４３】
次に、ステップＳ１０５に進んで、作動フラグがオンか否かが判定される。オフのときはステップＳ１１９に進んで吸気制御弁２３を開弁し、ステップＳ１２０でエアフローメータ２１の検出値に基づき当該気筒に流入する空気量Ｇａを算出した後、ステップＳ１１８に進む。他方、オンのときはステップＳ１０６に進んで、開弁前空気量Ｇａ１を推定する。この開弁前空気量Ｇａ１の推定については後に説明する。なお、このメインルーチンは気筒毎に順次実行されるので、吸気制御弁２３の作動の開始時及び終了時には、一部の気筒が作動状態を前提とした空気量推定（ステップＳ１０６〜Ｓ１１７）、残りの気筒が非作動状態を前提とした空気量推定（ステップＳ１２０）となる。
【００４４】
ステップＳ１０６の次はステップＳ１０７に移行し、開弁後空気量の目標値（目標開弁後空気量）Ga2_trgが、式：Ga2_trg＝Ga_trg−Ｇａ１により算出される。
【００４５】
次に、ステップＳ１０８に進み、後述の制御１を実行することにより、吸気制御弁２３の開弁時期の目標値（目標開弁時期）CA_Po及び開弁期間の目標値（目標開弁期間）CA_Pwが、それぞれ算出される。
【００４６】
次に、ステップＳ１０９において、クランク角センサ２８によって検出される実際のクランク角度が目標開弁時期CA_Poであるか否かが判断される。
【００４７】
クランク角度が目標開弁時期CA_Poであるときは、ステップＳ１１０で、吸気制御弁２３が開弁される。即ち、ＥＣＵ１００から吸気制御弁２３に開弁信号が出力される。そしてステップＳ１１１において、吸気制御弁２３の実際の開弁時期（実開弁時期）CA_Popenが検出され、ＥＣＵ１００のメモリに一時記憶される。同時に、その実開弁時期CA_Popenにおけるポート圧が圧力センサ５５により検出され、Ｐ４としてＥＣＵ１００のメモリに一時記憶される。こうしてステップＳ１１２に移行する。他方、ステップＳ１０９でクランク角度が目標開弁時期CA_Poでないと判断された場合は、ステップＳ１１０，Ｓ１１１をスキップしてステップＳ１１２に進む。
【００４８】
ステップＳ１１２では、後述の制御２を実行することにより、吸気制御弁２３の閉弁時期の目標値（目標閉弁時期）CA_Pcが算出される。
【００４９】
次のステップＳ１１３では、クランク角センサ２８によって検出される実際のクランク角度が目標閉弁時期CA_Pcであるか否かが判断される。
【００５０】
クランク角度が目標閉弁時期CA_Pcであるときは、ステップＳ１１４で、吸気制御弁２３が閉弁される。即ち、ＥＣＵ１００から吸気制御弁２３に閉弁信号が出力される。そしてステップＳ１１５において、吸気制御弁２３の実際の閉弁時期（実閉弁時期）CA_Pcloseが検出され、ＥＣＵ１００のメモリに一時記憶される。こうしてステップＳ１１６に移行する。他方、ステップＳ１１３でクランク角度が目標閉弁時期CA_Pcでないと判断された場合は、ステップＳ１１４，Ｓ１１５をスキップしてステップＳ１１６に進む。
【００５１】
ステップＳ１１６では、実開弁期間CA_Pwidthが式：CA_Pwidth＝CA_Pclose−CA_Popenにより算出されると共に、実開弁時期CA_Popen、実開弁期間CA_Pwidth及びその実開弁時期CA_Popenにおけるポート圧Ｐ４に基づき、開弁後空気量Ｇａ２が算出される。これについは後述する。
【００５２】
こうして開弁前空気量Ｇａ１と開弁後空気量Ｇａ２とが求まったならば、ステップＳ１１７に進んで、実際値且つ推定値としての空気量Ｇａが式：Ｇａ＝Ｇａ１＋Ｇａ２により算出される。
【００５３】
次に、ステップＳ１１８では、空気量Ｇａに基づき、点火時期Tigbが、図６の点火時期マップを参照して決定される。以上で本ルーチンが終了される。ここでは制御量の一例として点火時期の場合のみを説明したが、同様の方法により、燃料噴射量及び燃料噴射時期等の他の制御量も決定することができる。ＥＣＵ１００は、これら制御量に基づいて各気筒の点火プラグ１４及びインジェクタ１０等を制御する。
【００５４】
次に、以下においてかかるメインルーチンの詳細を説明する。
まず、ステップＳ１０６における開弁前空気量Ｇａ１の推定について説明する。開弁前空気量Ｇａ１は、吸気弁開弁前後のタイミングにおけるポート圧の変化により推定できる。ここでは簡単のためオーバーラップが無いと仮定して、吸気制御弁開弁前にポート通路１１ｂから気筒内に流入した空気量は、ポート通路１１ｂから減少した空気量と等しい。ポート通路１１ｂの容積は幾何学的に決まり、既知の一定値であることから、吸気弁１６の開弁直前から吸気制御弁２３の開弁直前までのポート通路１１ｂ内の空気密度変化から、開弁前空気量Ｇａ１を推定することができる。
【００５５】
ポート通路１１ｂから空気が筒内に流れ込むときのポート圧の減少は断熱変化と見なすことができ、密度の変化は、吸気弁開弁前の圧力Ｐ１０と、吸気弁開弁後且つ吸気制御弁開弁前の圧力Ｐ１１（図７参照）とを圧力センサ５５により検出して、次式により求められる。
ρ１１／ρ１０＝（Ｐ１０／Ｐ１１）＾（−１／ｋ）  ・・・（１）
【００５６】
ここで、ρ１０、ρ１１はそれぞれＰ１０、Ｐ１１検出時の空気密度である。それぞれを吸気弁開弁前密度、吸気制御弁開弁前密度と称す。ｋは所定の定数である。なお、記号「＾」は累乗を意味し、右辺：（Ｐ１０／Ｐ１１）＾（−１／ｋ）は、（Ｐ１０／Ｐ１１）の（−１／ｋ）乗を意味する（以下同様）。
【００５７】
よって、気筒内に流入した開弁前空気量Ｇａ１は次式により算出される。
Ｇａ１＝Ｖ×（ρ１０−ρ１１）＝Ｖ×ρ１０×（１−（Ｐ１０／Ｐ１１）＾（−１／ｋ））
・・・（２）
【００５８】
ここで、Ｖはポート通路１１ｂの容積である。
吸気弁開弁前密度ρ１０は、吸入空気温度及びインマニ圧より算出できる。本実施形態では、吸入空気温度及びインマニ圧として、それぞれ吸気温センサ４２及び吸気圧センサ４１で検出した値を用いる。
【００５９】
よって、吸気温、吸気圧、吸気弁開弁前圧力Ｐ１０及び吸気制御弁開弁前圧力Ｐ１１から、（２）式に従って、開弁前空気量Ｇａ１を算出できる。本実施形態ではＥＣＵ１００がこのような計算を行って開弁前空気量Ｇａ１を算出する。
本実施形態ではオーバーラップがあるため、オーバーラップ中の吸気の排気系への吹き抜けを考慮した補正を行う。即ち、開弁前空気量Ｇａ１に基づき、図８の吹き抜け量マップを用いて、吹き抜け量Ga_exが算出され、この吹き抜け量Ga_exを開弁前空気量Ｇａ１から差し引いて、補正後の開弁前空気量Ｇａ１（＝Ｇａ１−Ga_ex）が算出される。なおマップ中、Ｇａ１ｍａｘは、オーバーラップ時（これはほぼ吸気上死点とみなせる）の気筒容積に基づく開弁前空気量の最大値である。オーバーラップが無い場合、吸気の吹き抜けは生じないのでこのような補正は省略される。
【００６０】
次に、図９に基づき、目標開弁時期CA_Po及び目標開弁期間CA_Pwを算出するための制御１について説明する。なお、この制御１に関連する各タイミング等を図１０に示すので適宜参照されたい。
【００６１】
まずステップＳ２０１では、クランク角センサ２８によって検出される実際のクランク角度が、第１圧力検出時期CA_1か否かが判断される。この第１圧力検出時期CA_1は、吸気弁開弁後で且つ排気弁閉弁後の時期となるよう設定され、例えば４０°ＡＴＤＣである。
クランク角度が第１圧力検出時期CA_1であるときは、ステップＳ２０２で、その時期CA_1におけるポート圧が圧力センサ５５により検出され、Ｐ１としてＥＣＵ１００のメモリに一時記憶される。こうしてステップＳ２０３に移行する。他方、ステップＳ２０１でクランク角度が第１圧力検出時期CA_1でないと判断された場合は、ステップＳ２０２をスキップしてステップＳ２０３に進む。
【００６２】
ステップＳ２０３では、エンジン回転速度Ｎｅに基づき、図１１の第２圧力検出時期マップを参照して、第２圧力検出時期CA_2が算出される。
【００６３】
次に、ステップＳ２０４において、クランク角センサ２８によって検出される実際のクランク角度が第２圧力検出時期CA_2か否かが判断される。
【００６４】
クランク角度が第２圧力検出時期CA_2であるときは、ステップＳ２０５で、その時期CA_2におけるポート圧が圧力センサ５５により検出され、Ｐ２としてＥＣＵ１００のメモリに一時記憶される。こうしてステップＳ２０６に移行する。他方、ステップＳ２０４でクランク角度が第２圧力検出時期CA_2でないと判断された場合は、ステップＳ２０５をスキップしてステップＳ２０６に進む。
【００６５】
ステップＳ２０６では、それらポート圧Ｐ１，Ｐ２に基づき、最終の第２圧力検出時期CA_2以降のポート圧Ｐ３が推定される。この点は後に詳述する。
【００６６】
そして次に、ステップＳ２０７において、図３のステップＳ１０７で求められた目標開弁後空気量Ga2_trgと、ポート圧Ｐ３とに基づき、目標開弁時期CA_Po及び目標開弁期間CA_Pwが算出される。以上で本ルーチンが終了する。
【００６７】
概して、この制御１では、吸気制御弁開弁前の２点のポート圧を検出し、その最終検出時以降のポート圧Ｐ３を推定し、この推定されたポート圧Ｐ３と目標開弁後空気量Ga2_trgとに基づき、目標開弁時期CA_Po及び目標開弁期間CA_Pwを算出するという処理を実行している。
【００６８】
排気弁の閉弁後の気筒容積変化は断熱変化と見なせるので、かかる２点のポート圧を検出すればそれ以降のポート圧を推定できる。ここでステップＳ２０１に関し、第１圧力検出時期CA_1を吸気弁開弁後としているのは、ポート通路１１ｂの圧力が筒内圧とほぼ等しくなるまでの時間が必要だからであり、また、第１圧力検出時期CA_1を排気弁閉弁後としているのは、ポート通路１１ｂや気筒１２内が排気通路１７と連通していると、排気圧の影響を受けてポート圧が変化してしまうからである。
【００６９】
ステップＳ２０３に関し、図１１のマップにおいては、エンジン回転速度Ｎｅが高くなるほど第２圧力検出時期CA_2は早められる。これは、エンジン回転速度Ｎｅが高くなるほど吸気制御弁の開弁時期が早められるためである。
【００７０】
ステップＳ２０６に関し、ポート圧Ｐ３の推定は以下の方法により行われる。
まず、断熱変化の式：Ｐ２／Ｐ１＝（Ｖ１／Ｖ２）＾ｋよりｋを算出する。ここで、Ｖ１は、第１圧力検出時期CA_1におけるポート通路１１ｂと気筒内容積との和であり、Ｖ２は、第２圧力検出時期CA_2におけるポート通路１１ｂと気筒内容積との和である。気筒内容積はクランク角度の関数であるから、それぞれの気筒内容積は各時期CA_1、CA_2が分かっていることから算出可能である。
【００７１】
次に、Ｐ３＝Ｐ２（Ｖ２／Ｖ３）＾ｋよりＰ３を算出する。Ｖ３は、Ｐ３を算出したい時期におけるポート通路１１ｂと気筒内容積との和である。
これにより、第２圧力検出時期CA_2以降の各クランク角度におけるポート圧Ｐ３を推定することができる。なお、ｋを実験等により予め求めた定数とすれば、ポート圧Ｐ１，Ｐ２のいずれか一方のみを検出してポート圧Ｐ３を推定することができる。例えばポート圧Ｐ１のみに基づき、Ｐ３＝Ｐ１（Ｖ１／Ｖ３）＾ｋからポート圧Ｐ３を推定することができる。
【００７２】
次に、ステップＳ２０７に関する目標開弁時期CA_Po及び目標開弁期間CA_Pwの算出について説明する。
【００７３】
ここでは、図１２に示される開弁後空気量マップが使用される。この開弁後空気量マップは、ポート圧Ｐ３、目標開弁時期CA_Po及び目標開弁期間CA_Pwという三つのパラメータから、目標開弁後空気量Ga2_trgを算出できるように作成された三次元マップである。例えば、ある一定の開弁期間CA_Pw_nにおけるマップを抽出すると図１３に示す通りとなる。なおＴＤＣは吸気上死点、ＢＤＣは吸気下死点である。後に説明するが、このマップは、実際値としてのポート圧Ｐ４、開弁時期CA_Popen及び開弁期間CA_Pwidthから開弁後空気量Ｇａ２を算出するのにも利用される。見られるように、概して、開弁時期が遅くなるほど空気量は増加し、ある領域をピークに開弁時期がそこから遅れていくと、空気量は少なくなっていく。これは吸気制御弁２３の開弁から吸気弁１６の閉弁までの期間が短くなることによる。また図１２及び図１３に示されるものはエンジン回転速度がある一定値であるときのものである。
【００７４】
本発明者らは、鋭意研究の結果、前述のような三つのパラメータ（即ち、開弁時ポート圧、開弁時期及び開弁期間）と、吸気制御弁２３が開いたときに気筒内に流入する空気量とが相互に関連することを見いだした。特に、吸気制御弁２３の開弁後の空気流量は、吸気制御弁２３の開弁タイミングとその時点でのポート圧とに大きく依存する。かかる開弁後空気量マップは、そのような知見に基づき、実験・解析といった過程を繰り返し経て作成されたものである。概して、吸入空気量を多くしようとした場合、開弁時ポート圧Ｐ２を低くしたり（吸気制御弁上下流側の差圧が大きくなり開弁時の流速が上がる）、開弁時期を遅らせたり（同様の理由及び筒内容積が大きい段階で空気を押し込める）、開弁期間を長くとったりする（空気流入時間が長くとれる）ことが有効である。ただし開弁時期については、マップ中に空気量ピークが存在することから分かるように、開弁時ポート圧と筒内容積と開弁後の開弁期間（或いは吸気弁閉弁時期）等との関係で最適なタイミングがある。
【００７５】
このマップを利用すれば、前記三つのパラメータから開弁後空気量を推定することができる。しかしながら、本実施形態のケースでは開弁時ポート圧と開弁後空気量とが既知である場合にマップを利用して開弁時期及び開弁期間の算出を行う。
【００７６】
ここで、図１２の開弁後空気量マップにおいて、各目標開弁期間CA_Pwでの目標開弁後空気量Ga2_trgの最大値を採ることにより、開弁後空気量マップを図１４に示すような二次元マップ（開弁後最大空気量マップと称す）に落とし込む操作或いは処理を行う。これをより分かり易く説明すると、まず、図１２の三次元マップが図示されるように各目標開弁期間CA_Pw毎の複数枚の二次元マップからなると仮定し、これら各枚を目標開弁期間CA_Pwの軸方向（矢印方向）に透過視する。大雑把に言えば、目標開弁時期CA_Po及びポート圧Ｐ３の両軸によって規定される平面を矢印方向から無数に串刺しするようなイメージである。そして各目標開弁時期CA_Po及び各ポート圧Ｐ３に対し、目標開弁後空気量Ga2_trgが最大となる点を複数枚のマップから抽出してプロットすると、図１４に示すような二次元マップが得られる。このような操作ないし処理は、本実施形態ではＥＣＵ１００の内部処理によって行うが、予めその二次元マップを作成しておいてＥＣＵ１００に記憶させるようにしてもよい。この二次元マップでは、頂点がインマニ圧と重なる等空気量曲線４（太線）の内側が、吸気制御弁２３がない場合よりも空気量を増加できる領域となり、曲線４の左側（開弁時期が早い側）が、吸気制御弁２３がない場合と同等の空気量しか得られない領域となり、その曲線４の右側（開弁時期が遅い側）が、吸気制御弁２３がない場合より少ない空気量しか得られない領域となる。
【００７７】
こうして出来た二次元マップに対し、図９のステップＳ２０６で得られた推定値としてのポート圧Ｐ３を、図１５に示すように重ねる処理を行う。なお図では便宜上、第２圧力検出時期CA_2以前のポート圧も示してある。そして、このようにクランク角度の進行につれ減少方向に推移するポート圧Ｐ３の曲線と、マップ中の目標開弁後空気量Ga2_trg＝Ｓの値を持つ等空気量曲線（太線）との交点を求め、そのうち最も早い１点に対応するクランク角度を、求めるべき目標開弁時期CA_Po＝Ｘとして決定する。そしてその１点に対応するポート圧Ｐ３を、求めるべきポート圧Ｐ３＝Ｙとして決定する。
【００７８】
こうして唯一の目標開弁時期CA_Po＝Ｘとポート圧Ｐ３＝Ｙとが定まったならば、次に、これらが得られたマップの１枚を抽出する。即ち、図１２の三次元マップは各目標開弁期間CA_Pw毎に複数枚のマップがあると見なされたが、その目標開弁時期CA_Po＝Ｘとポート圧Ｐ３＝Ｙと目標開弁後空気量Ga2_trg＝Ｓとに対応する１枚のマップが存在するはずである。そこで、この１枚を図１２の三次元マップから抽出し、その１枚に目標開弁時期CA_Po＝Ｘ、ポート圧Ｐ３＝Ｙ、目標開弁後空気量Ga2_trg＝Ｓを当てはめて、求めるべき目標開弁期間CA_Pw＝Ｚを決定する。以上のような処理をＥＣＵ１００で行って、図９のステップＳ２０７における目標開弁時期CA_Po及び目標開弁期間CA_Pwの算出を行う。
【００７９】
ここで、これらの開弁時期Ｘ及び開弁期間Ｚについて図１６及び図１７により説明を加える。図１６は、開弁時期を変化させたときにどれだけの空気量が得られるかを示したグラフである。なおここでは開弁期間が最適であることを前提とする。開弁時期がＸであるときに実空気量は目標空気量と等しい。これより開弁時期を早めると実空気量は目標空気量より少なくなり、多くの領域で、吸気制御弁非作動時の空気量と同等になってしまう。これは、あまりに開弁時期が早い場合、開弁時の筒内容積が小さく、吸気制御弁の上下流側の差圧も小さいためである。この領域は図１４の曲線４の左側の領域に対応する。また、開弁時期をＸより遅くしていくと、実空気量は次第に増加するがその後減少し、やがて目標空気量より少なくなる。このような山の部分が吸気制御弁２３による過給効果を得られる部分、即ち図１４の曲線４の内側の領域に対応する部分であり、また、実空気量が吸気制御弁非作動時の空気量を下回る領域が図１４の曲線４の右側の領域に対応する。実空気量が吸気制御弁非作動時の空気量を下回る理由は、単純に吸気制御弁２３の開弁から吸気弁１６の閉弁までの期間が短くなり、十分な空気流入時間を確保できないからである。
【００８０】
図１７は、開弁時期を変化させたときの開弁期間の変化の様子を示す。なおここでは最大の空気量を得られるようにしたときの関係が示される。破線のように、吸気弁閉弁と同時に吸気制御弁を閉弁させる場合、開弁時期に対する開弁期間の関係は反比例となり、吸気弁閉弁時に開弁期間ゼロとなる。これに対し、実線で示される本実施形態の場合、開弁時期がＸ又はそれ以降のとき、開弁期間Ｚは破線より短くなり、吸気制御弁は吸気弁よりも早く閉じられる。これは、一旦気筒内に流れ込んで過給状態となった空気を気筒内に閉じこめ、その逆流及び圧力抜けを防止するためである。
【００８１】
図１８は、図１５と同様の図であり、開弁時期、ポート圧及び空気量の関係を示す。かかる目標空気量Ｓを得ようとした場合、開弁時期は、目標空気量Ｓとポート圧Ｐ３との二つの交点の時期Ａ，Ｂ間のいずれの時期であってもよい。しかしながら、本実施形態では、最も早い時期Ａ＝Ｘを採用する。その理由は、吸気制御弁をできるだけ早く開く方がポンピングロスが小さくなり、気筒内の温度上昇が低くなり、また、そのように端の時期を選ぶと閉弁時期のばらつきに対する空気量の変化が小さくなるからである。
【００８２】
ここで、三番目の理由について説明する。図１９は、閉弁時期と空気量との関係を示し、図中三つの山は、それぞれ開弁時期がＡ，Ｂ，Ｃである場合の閉弁時期を変化させたときの曲線である。最も早い開弁時期Ａ及び最も遅い開弁時期Ｂの場合、山のピークで目標空気量Ｓが得られるようになっており、たとえ閉弁時期がずれても空気量の変化は小さい。これに対し、中間の開弁時期Ｃの場合、目標空気量Ｓが得られる閉弁時期はＣｃ１，Ｃｃ２となり、いずれも山の勾配の中間に位置するため、閉弁時期がずれたときの空気量の変化は大きくなってしまう。これが中間の開弁時期Ｃを採用せず、端に位置する開弁時期Ａを採用する理由である。
【００８３】
さて、次に、ステップＳ１１１、Ｓ１１５における実開弁時期CA_Popen及び実閉弁時期CA_Pcloseの検出について説明する。
【００８４】
図２０は、吸気制御弁２３の開閉作動時における吸気制御弁２３の開度変化を示す。実際のクランク角が目標開弁時期CA_Poに到達すると、これと同時にＥＣＵ１００から吸気制御弁２３に開弁信号が送られ、これにより吸気制御弁２３の電動アクチュエータ３４が開弁側に作動され、吸気制御弁２３が全開（開度１００％）にされる。その後、実際のクランク角が目標閉弁時期CA_Pcに到達すると、これと同時にＥＣＵ１００から吸気制御弁２３に閉弁信号が送られ、これにより吸気制御弁２３の電動アクチュエータ３４が閉弁側に作動され、吸気制御弁２３が全閉（開度０％）にされる。
【００８５】
この開閉作動時、開弁信号或いは閉弁信号が送られてから実際に吸気制御弁２３が動き出すまでの間にはタイムラグが生じる。そこでこのタイムラグを考慮し、吸気制御弁２３の開度センサ５４により吸気制御弁開度が実際に変化したことが検知されたタイミングを、それぞれ実開弁時期CA_Popen及び実閉弁時期CA_Pcloseとして検出している。なおこの検出にはクランク角センサ２８が用いられる。
【００８６】
具体的には、吸気制御弁２３の開度センサ５４の検出値が、開度ゼロ％相当の値より若干開き側である所定値Ｖ１を超えた時、つまり吸気制御弁２３が開き始めた時、ＥＣＵ１００が吸気制御弁２３の実際の開弁を判断し、この時のクランク角を実開弁時期CA_Popenとして記憶する。また、吸気制御弁２３の開度センサ５４の検出値が、開度１００％相当の値より若干閉じ側である所定値Ｖ２を下回った時、つまり吸気制御弁２３が閉じ始めた時、ＥＣＵ１００が吸気制御弁２３の実際の閉弁を判断し、この時のクランク角を実閉弁時期CA_Pcloseとして記憶する。このように、吸気制御弁２３の実際の開弁及び閉弁がＥＣＵ１００と開度センサ５４とで検出される。
【００８７】
なお、ここでは吸気制御弁２３の開き始めと閉じ始めとで吸気制御弁２３の実際の開弁及び閉弁を検出したが、開弁については吸気制御弁２３が開き始めてから開き終わるまでの任意の時期で、閉弁については吸気制御弁２３が閉じ始めてから閉じ終わるまでの任意の時期で、それぞれ吸気制御弁２３の実際の開弁及び閉弁を検出することが可能である。例えば、３０％、５０％又は７０％といった中間開度（例えば図中のＶ１‘、Ｖ２’
）で実際の開弁及び閉弁を検出してもよい。ところで、開度センサ５４の特性上、吸気制御弁２３の開き始めや閉じ始めを検出するのが困難な場合があり、この場合は吸気制御弁２３の動作速度の大きい中間開度Ｖ１‘、Ｖ２’で検出するとよい。
【００８８】
また、吸気制御弁２３の実際の開弁及び閉弁に要する作動時間Δｔを考慮し、目標開弁時期CA_Po及び目標閉弁時期CA_Pcからその作動時間Δｔを差し引いた時期を新たな目標開弁時期CA_Po'及び目標閉弁時期CA_Pc'として吸気制御弁２３を制御してもよい。
次に、図３のステップＳ１１２における制御２、即ち、目標閉弁時期CA_Pcの算出について説明する。
【００８９】
ここでは、ＥＣＵ１００が以下の式に基づく演算を行って、目標閉弁時期CA_Pcを算出する。
CA_Pc＝CA_Popen＋CA_Pw      ・・・（３）
【００９０】
即ち、目標開弁時期CA_Poではなく実開弁時期CA_Popenに、目標開弁期間CA_Pwを加えて、目標閉弁時期CA_Pcを算出するようにしている。これは以下の理由に基づく。
かかる吸気制御弁２３を用いるシステムでは、吸気制御弁２３の開弁・閉弁時期に応じて空気量が制御されるため、その開弁・閉弁時期を正確にコントロールすることが重要である。ここで、考え方としては、目標開弁時期CA_Poに目標開弁期間CA_Pwを加えて目標閉弁時期CA_Pcを算出する、という方法もある。しかしながら、目標開弁時期CA_Po及び目標閉弁時期CA_Pcにそれぞれ開弁及び閉弁信号を送って吸気制御弁２３が動き出すまでに、前述したタイムラグがあり、しかもこのタイムラグは例えばバッテリ電圧が一定以上ないときや吸気制御弁のベアリングが劣化したときなどは、長期化する。このように、たとえ正確な時期に開弁及び閉弁信号を送ったとしても、実際の開弁及び閉弁時期はばらつくのであり、このばらつきが吸入空気量のばらつきを生む結果となる。
【００９１】
ここで、もし仮に目標閉弁時期CA_Pcを実開弁時期CA_Popenでなく目標開弁時期CA_Poから算出したとすると、目標開弁時期CA_Poから実際の開弁時期までのタイムラグのばらつきと、目標閉弁時期CA_Pcから実際の閉弁時期までのタイムラグのばらつきとで、ばらつきは二重になってしまう。
【００９２】
これに対し、目標閉弁時期CA_Pcを実開弁時期CA_Popenから算出したとすると、目標開弁時期CA_Poから実際の開弁時期までのタイムラグのばらつきは無視されることとなり、目標閉弁時期CA_Pcから実際の閉弁時期までのタイムラグのみがばらつきの要因となる。即ち、前者の場合と比較して、ばらつきの要因を減らし、空気量ばらつきを抑制できるというメリットがある。
【００９３】
ここで、開弁期間を一定にして開弁時期を変化させた場合と、開弁時期を一定にして開弁期間を変化させた場合とで比較した試験結果を図２１及び図２２にそれぞれ示す。
まず、図２１に示すように、開弁期間を一定にして開弁時期を変化させた場合、空気量のズレを３％以下に抑えるために４３ＣＡ（クランク角度）の開弁時期のズレが許容される。これに対し、図２２に示すように、開弁時期を一定にして開弁期間を変化させた場合、空気量のズレを同じく３％以下に抑えるためには、９ＣＡ（クランク角度）の開弁期間のズレしか許容されない。この結果から、吸気制御弁の開弁・閉弁時期のズレよりも、開弁期間のズレの方が５倍程度の空気量ズレを生じることが理解される。従って、開弁・閉弁時期を独立して制御するよりも、開弁時期のズレに追従して閉弁時期をずらすことが、空気量ばらつきを抑制する上で重要である。このように本実施形態によれば、目標閉弁時期CA_Pcから実開弁時期CA_Popenまでのズレ量に応じて目標閉弁時期CA_Pcをずらすことができるので、空気量ばらつきを最小限に抑制することが可能である。
【００９４】
なお、例えば吸気弁の開タイミングを機械的に変更する可変バルブタイミング機構を用いた従来の空気量制御では、本実施形態のような高速空気による慣性過給の場合よりも空気が比較的ゆっくりと流動する。このため、吸気弁閉弁時の筒内圧と気筒容積とで吸入空気量が決まり、開弁時期がずれたとしても吸入空気量にはあまり影響がない。
【００９５】
ここで本実施形態において、さらに精度を上げるため次の方法を採用することができる。即ち、吸気制御弁２３の実開弁時期が目標開弁時期から遅れるほど、同じ開弁期間の場合、吸入空気量が増加するので、その分閉弁時期を早め、開弁期間を短くする。即ち、次式により新たな目標閉弁時期CA_Pc'を算出する。
CA_Pc'＝CA_Popen＋CA_Pw−α×(CA_Popen−CA_Po)      ・・・（４）
ただし、αは実験等により求められる定数である。
【００９６】
次に、図３のステップＳ１１６における開弁後空気量Ｇａ２の算出について説明する。この段階では、すでに実際値としての実開弁時期CA_Popen、実開弁期間CA_Pwidth及びその実開弁時期CA_Popenにおけるポート圧Ｐ４とが求まっている。そこでこれら三つの値に基づき、図１２の開弁後空気量マップを使用して、実際値且つ推定値としての開弁後空気量Ｇａ２が算出される。これにより、目標開弁後空気量Ga2_trgよりもより真の値に近い開弁後空気量Ｇａ２を求めることができ、またこの値を用いて、総空気量Ｇａを求め（ステップＳ１１７）、エンジン制御に供することが出来るようになる。
【００９７】
なお、本実施形態ではポート圧を保持して吸気行程の初期の空気流入を行うようにしたが、前回吸気行程の高いポート圧を保持しないで初期の空気流入がほぼ一定値になるようにすることもできる。この場合、初期の流入空気量である開弁前空気量Ｇａ１を一定値としたり、開弁前空気量Ｇａ１を算出する処理を簡略するなどして、後期の流入空気量である開弁後空気量の目標値Ga2_trgを決定すればよい。
【００９８】
本発明は、ガソリンエンジン以外のいかなる形式のエンジンにも適用できる。ガソリンエンジンの場合、前述のような直噴式或いは筒内噴射式に限らず、吸気通路噴射式エンジンや、吸気通路噴射と筒内噴射との両方を実行可能ないわゆるデュアル噴射式のエンジンにも適用できる。また、ディーゼルエンジンや、アルコール、液化天然ガス等の代替燃料を用いるエンジンにも適用可能である。本発明は過給式エンジンにも適用可能で、特にこの場合自然吸気よりもインマニ圧が高くなるので、吸気制御弁の上下流側の差圧を大きくでき、慣性過給効果を一層助長することができる。前記実施形態で示したようなマップは演算式に置き換えることも可能である。
【００９９】
前記実施形態では、本発明にいう吸気制御弁制御手段、目標空気量決定手段、圧力推定手段、目標開弁時期決定手段、下流側圧力決定手段、目標開弁期間決定手段、目標閉弁時期決定手段、実開弁期間決定手段、実空気量推定手段、及び制御量決定手段がＥＣＵ１００によって構成され、圧力検出手段が圧力センサ５５によって構成され、開弁検出手段及び閉弁検出手段がＥＣＵ１００及び開度センサ５４によって構成される。
【０１００】
本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、また、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンの制御装置の構成を概略的に示すシステム図である。
【図２】吸気制御弁作動時の圧力及び空気流量の変化の様子を示すタイムチャートである。
【図３】本実施形態に係るエンジン制御のメインルーチンのフローチャートである。
【図４】目標空気量マップである。
【図５】吸気制御弁の作動域マップである。
【図６】点火時期マップである。
【図７】開弁前空気量の推定に関する補助的なタイムチャートである。
【図８】吹き抜け量マップである。
【図９】制御１のルーチンのフローチャートである。
【図１０】制御１に関する補助的なタイムチャートである。
【図１１】第２圧力検出時期マップである。
【図１２】開弁後空気量マップである。
【図１３】ある一定の開弁期間における開弁後空気量マップである。
【図１４】開弁後最大空気量マップである。
【図１５】目標開弁時期とこの目標開弁時期におけるポート圧との決定方法を説明するための図である。
【図１６】開弁時期と空気量との関係を示すグラフである。
【図１７】開弁時期と開弁期間との関係を示すグラフである。
【図１８】開弁時期の設定方法を説明するための図である。
【図１９】開弁時期の設定方法を説明するための図である。
【図２０】吸気制御弁の開閉作動時における吸気制御弁の開度変化を示すグラフである。
【図２１】開弁時期のズレに対する空気量への影響を示すグラフである。
【図２２】開弁期間のズレに対する空気量への影響を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１０２】
１  エンジン
１０  インジェクタ
１１  吸気通路
１１ａ  インマニ通路
１１ｂ  ポート通路
１２  シリンダ
１３  燃焼室
１４  点火プラグ
１５  吸気ポート
１６  吸気弁
１７  排気通路
１８  触媒
１９  排気ポート
２０  排気弁
２２  吸気絞り弁
２３  吸気制御弁
３３  弁体
３４  アクチュエータ
４１  吸気圧センサ
４２  吸気温センサ
５４  開度センサ
５５  圧力センサ
１００  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
CA_Po  吸気制御弁の目標開弁時期
CA_Pc  吸気制御弁の目標閉弁時期
CA_Pw  吸気制御弁の目標開弁期間
CA_Popen  吸気制御弁の実開弁時期
CA_Pclose  吸気制御弁の実閉弁時期
CA_Pwidth  吸気制御弁の実開弁期間
Ga_trg  目標空気量
Ｇａ  空気量
Ｇａ１  開弁前空気量
Ga2_trg  開弁後空気量の目標値
Ｇａ２  開弁後空気量
Ｐ３  吸気制御弁の目標開弁時期におけるポート圧
Ｐ４  吸気制御弁の実開弁時期におけるポート圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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